Magnijs ir gaiši sudrabaini balts metāls, spīdīgs, bet blāvs gaisā, jo uz tā virsmas veidojas aizsargājoša oksīda plēve. Ķīmiskā formula magnijs - Mg. 12 - magnija atomskaitlis periodiskajā tabulā ķīmiskie elementi DI. Mendeļejevs.
Magnijs ir diezgan izplatīts zemes garozā. Magniju šajā ziņā apsteidz tikai skābeklis, silīcijs, alumīnijs, dzelzs un kalcijs. Dabā tas notiek savienojumu veidā. Svarīgākie magniju saturošie minerāli ir magnezīts MgCO 3 un dubultsāls dolomīts CaMg 2 . Milzīgas magnija rezerves ir atrodamas jūrās un okeānos MgCl 2 formā. Zinātnei ir zināmi aptuveni 1500 minerāli. Un gandrīz 200 no tiem satur magniju.
Magnija iegūšana
Kā magnijs tika atklāts?
1695. gadā angļu ārsts Crewe veica pārbaudes minerālūdens no avota netālu no Epsomas pilsētas. Šim ūdenim iztvaikojot, uz trauka sieniņām izveidojās balts sāls ar rūgtu garšu. Šim sāls bija ārstnieciskas īpašības. Farmaceiti šo sāli sauca par Epsom sāli vai Epsomas sāli. Vēlāk sāli nosauca par balto magnēziju, jo tas bija līdzīgs baltajam pulverim, kas iegūts, kalcinējot minerālu, kas atklāts netālu no Grieķijas pilsētas Magnēzijas.
Metāla magniju pirmo reizi 1808. gadā ieguva britu ķīmiķis Hamfrijs Deivijs. Deivijs elektrolizēja baltā magnēzija un dzīvsudraba oksīda maisījumu. Rezultātā viņš saņēma dzīvsudraba un nezināma metāla sakausējumu. Izolējis metālu, Deivijs ierosināja to saukt par magniju. Bet Deivija iegūtais magnijs saturēja piemaisījumus. Tīru magniju bez piemaisījumiem tikai 1829. gadā ieguva franču ķīmiķis Antuāns Busī.
Magnija ķīmiskās īpašības
Magnijs ir aktīvs metāls. Un tāpat kā visi aktīvie metāli, tas labi deg. Normālos apstākļos tā virsmu aizsargā oksīda plēve. Bet, uzkarsējot līdz 600 grādiem, plēve tiek iznīcināta un magnijs reaģē ar skābekli. Magnija sadegšanas produkts ir magnija oksīds, balts pulveris.
2Mg + O2 = 2MgO
Dedzinot, izdalās daudz siltuma un gaismas. Turklāt saskaņā ar tā spektrālo analīzi gaisma magnija sadegšanas laikā ir gandrīz tāda pati kā saules gaisma. Šo īpašumu pirmie fotogrāfi izmantoja vairāk nekā pirms 100 gadiem. Magnija pulvera sadedzināšana, pievienojot kālija permanganātu vai bārija nitrātu, izgaismoja fotografējamo objektu, kas ļāva uzņemt skaidras fotogrāfijas telpās, kur apgaismojums bija nepietiekams.
Magnijs reaģē ar ūdeni tikai sildot. Šīs reakcijas rezultātā izdalās ūdeņradis.
Mg + 2H2O = Mg(OH)2 + H2
Magnijs deg arī vidē oglekļa dioksīds.
2Mg + C O 2 = 2MgO + C
Magnijs mijiedarbojas ar halogēniem, kad telpas temperatūra.
Mg + Br 2 = MgBr 2
Magnijs reaģē ar sēru tikai sildot, veidojot magnija sulfīdu.
Mg + S = MgS
Magnijs nereaģē ar sārmiem.
Magnija iegūšana
Magnija metālu ražo ar elektrotermiskām vai elektrolītiskām metodēm.
Pirmajā gadījumā tiek kalcinēts magnezīts vai dolomīts, kas atrodas reakcijas aparātā. Rezultāts ir magnija oksīds MgO. Pēc tam magnija oksīdu reducē ar alumīniju, silīciju vai akmeņoglēm. Tādā veidā tiek iegūts tīrs magnijs.
Bet galvenā rūpnieciskā magnija ražošanas metode ir elektrolītiska. Speciālās elektrolizatora vannās ir magnija hlorīda MgCl2 kausējums. Elektrolīzes rezultātā pie dzelzs katoda izdalās magnijs, bet pie grafīta anoda tiek savākti hlora joni. Izkausēto magniju savāc un lej veidnēs. Pēc tam magnijs tiek attīrīts, lai noņemtu piemaisījumus.
Magnija pielietojumi
Magnija spēja viegli reaģēt ar skābekli ļauj to izmantot tērauda ražošanā, lai noņemtu skābekli, kas izšķīdis izkausētajos metālos. Magnija pulveris tiek izmantots raķešu zinātnē kā augstas kaloritātes degviela. Augsti attīrīts magnijs tiek izmantots pusvadītāju ražošanā.
Magnijs ir vieglākais no metāliem. Tas ir četras reizes vieglāks par dzelzi un pusotru reizi vieglāks par alumīniju. Tīrā veidā magnijs ir mīksts un trausls. To nevar izmantot tehnisko konstrukciju izgatavošanai. Bet magnija mehāniskā izturība ievērojami palielinās, ja tam pievieno cinku, alumīniju vai mangānu. Piedevas ievada nelielos daudzumos, lai nepalielinātu magnija īpatnējo svaru. Diemžēl šie sakausējumi karsējot zaudē spēku. Bet, ja tiem pievieno cinku, varu, sudrabu, beriliju, toriju, cirkoniju, titānu, tad tie saglabā savu mehānisko izturību pat tad, kad temperatūra paaugstinās. No magnija sakausējumiem izgatavotus korpusus var atrast mobilajos tālruņos, videokamerās un klēpjdatoros. Turklāt detaļas, kas izgatavotas no magnija sakausējumiem, absorbē vibrācijas 100 reizes labāk nekā alumīnijs un 20 reizes labāk nekā leģētais tērauds. Tāpēc tos plaši izmanto aviācijā, autobūvē un citās tehnoloģiju jomās.
Magnija savienojumi cilvēkiem ir zināmi ļoti ilgu laiku. Magnezīts (grieķu valodā Magnhsia oliqV) bija mīksts, balts, ziepjveida minerāls (ziepjakmens vai talks), kas atrasts Tesālijas Magnēzijas reģionā. Kad šis minerāls tika kalcinēts, tika iegūts balts pulveris, ko sauca par balto magnēziju.
1695. gadā N. Gro, iztvaicējot Epsomas avota (Anglija) minerālūdeni, ieguva sāli, kam bija rūgta garša un caureju veicinoša iedarbība (MgSO 4 · 7H 2 O). Dažus gadus vēlāk izrādījās, ka, mijiedarbojoties ar soda vai potašu, šis sāls veido baltu, irdenu pulveri, tādu pašu, kāds veidojas magnezīta kalcinēšanas laikā.
1808. gadā angļu ķīmiķis un fiziķis Hamfrijs Deivijs, elektrolīzē nedaudz samitrinot balto magnēziju ar dzīvsudraba oksīdu kā katodu, ieguva jauna metāla amalgamu, kas spēj veidot balto magnēziju. To sauca par magniju. Deivis ieguva piesārņoto metālu, un tīru magniju tikai 1829. gadā izdalīja franču ķīmiķis Antuāns Busī (1794–1882).
Magnija izplatība dabā un rūpnieciskā ieguve.
Magnijs ir atrodams kristāliskajos iežos nešķīstošu karbonātu vai sulfātu veidā, kā arī (mazākā mērā) pieejamu formu) silikātu veidā. Tā kopējā satura novērtējums būtiski ir atkarīgs no izmantotā ģeoķīmiskā modeļa, jo īpaši no vulkānisko un nogulumiežu iežu svara attiecībām. Pašlaik tiek izmantotas vērtības no 2 līdz 13,3%. Iespējams, vispiemērotākā vērtība ir 2,76%, kas magnija ziņā ieņem sesto vietu pēc kalcija (4,66%) un apsteidz nātriju (2,27%) un kāliju (1,84%).
Lielas zemes platības, piemēram, Dolomīti Itālijā, galvenokārt sastāv no dolomīta minerāla MgCa(CO 3) 2 . Ir arī nogulumiežu minerāli magnezīts MgCO 3, epsomīts MgSO 4 · 7H 2 O, karnalīts K 2 MgCl 4 · 6H 2 O, langbeinīts K 2 Mg 2 (SO 4) 3.
Daudzās citās teritorijās ir dolomīta atradnes, tostarp Maskavā un Ļeņingradas apgabali. Bagātīgas magnezīta atradnes tika atrastas Vidējos Urālos un Orenburgas reģionā. Lielākā karnalīta atradne tiek veidota Soļikamskas apgabalā. Magnija silikātus pārstāv bazalta minerāls olivīns (Mg,Fe) 2 (SiO 4), ziepjakmens (talks) Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2, azbests (krizotils) Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4 un vizla. Spinelis MgAl 2 O 4 pieder pie dārgakmeņiem.
Liels daudzums magnija ir atrodams jūru un okeānu ūdeņos un dabīgos sālījumos ( cm. HIDROSFĒRAS ĶĪMIJA). Dažās valstīs tās ir izejvielas magnija ražošanai. Metālisko elementu satura ziņā jūras ūdenī tas ir otrajā vietā aiz nātrija. Katrs kubikmetrs jūras ūdens satur apmēram 4 kg magnija. Magnijs ir atrodams arī saldūdens, kas kopā ar kalciju nosaka tā stingrību.
Magnijs vienmēr ir atrodams augos, jo tas ir daļa no hlorofiliem.
Vienkāršu vielu raksturojums un metāliskā magnija rūpnieciskā ražošana.
Magnijs ir sudrabaini balts spīdīgs metāls, salīdzinoši mīksts, kaļams un kaļams. Tā stiprība un cietība ir minimāla izplatība lietiem paraugiem, augstāka presētiem paraugiem.
Normālos apstākļos magnijs ir izturīgs pret oksidēšanos, jo veidojas spēcīga oksīda plēve. Tomēr tas aktīvi reaģē ar lielāko daļu nemetālu, īpaši sildot. Magnijs aizdegas halogēnu klātbūtnē (mitruma klātbūtnē), veidojot atbilstošos halogenīdus, un sadeg ar apžilbinoši spilgtu liesmu gaisā, pārvēršoties MgO oksīdā un Mg 3 N 2 nitrīdā:
2Mg (k) + O 2 (g) = 2MgO (k) ; DG° = –1128 kJ/mol
3Mg (k) + N2 (t) = Mg3N2 (k); DG° = –401 kJ/mol
Neskatoties uz zemo kušanas temperatūru (650 ° C), magniju nav iespējams izkausēt gaisā.
Iedarbojoties ar ūdeņradi zem 200 atm spiediena 150 ° C temperatūrā, magnijs veido hidrīdu MgH 2 . AR auksts ūdens magnijs nereaģē, bet izspiež ūdeņradi no verdoša ūdens un veido hidroksīdu Mg(OH) 2:
Mg + 2H2O = Mg(OH)2 + H2
Reakcijas beigās iegūtā piesātinātā magnija hidroksīda šķīduma pH vērtība (10,3) atbilst līdzsvaram:
Pēdējā gadījumā iegūtais oglekļa monoksīda un magnija tvaiku maisījums ātri jāatdzesē ar inertu gāzi, lai novērstu apgrieztu reakciju.
Pasaules magnija ražošana tuvojas 400 tūkstošiem tonnu gadā. Galvenie ražotāji ir ASV (43%), NVS valstis (26%) un Norvēģija (17%). IN pēdējie gadiĶīna strauji palielina magnija eksportu. Krievijā viens no lielākajiem magnija ražotājiem ir titāna-magnija rūpnīca Bereznikos (Permas apgabalā) un Solikamskas magnija rūpnīca. Magnija ražošana notiek arī Azbesta pilsētā.
Magnijs ir vieglākais strukturālais materiāls, ko izmanto rūpnieciskā mērogā. Tā blīvums (1,7 g cm–3) ir mazāks par divām trešdaļām no alumīnija blīvuma. Magnija sakausējumi sver četras reizes mazāk nekā tērauds. Turklāt magnijs ir lieliski apstrādāts, un to var liet un pārtaisīt jebkurš standarta metodes metālapstrāde (velmēšana, štancēšana, vilkšana, kalšana, metināšana, lodēšana, kniedēšana). Tāpēc tā galvenais pielietojums ir viegls konstrukcijas metāls.
Magnija sakausējumi parasti satur vairāk nekā 90% magnija, kā arī 2–9% alumīnija, 1–3% cinka un 0,2–1% mangāna. Spēka saglabāšana plkst paaugstināta temperatūra(līdz 450 ° C) ir ievērojami uzlabots, ja to sakausē ar retzemju metāliem (piemēram, prazeodīmu un neodīmu) vai toriju. Šos sakausējumus var izmantot automašīnu dzinēju korpusiem, kā arī lidmašīnu fizelāžām un šasijas mehānismiem. Magniju izmanto ne tikai aviācijā, bet arī kāpņu, doku celiņu, kravas platformu, konveijeru un liftu ražošanā, kā arī foto un optisko iekārtu ražošanā.
Rūpnieciskajam alumīnijam pievieno līdz 5% magnija, lai uzlabotu mehāniskās īpašības, metināmību un izturību pret koroziju. Magnijs tiek izmantots arī katoda aizsardzība citi metāli pret koroziju, kā skābekļa savācējs un reducētājs berilija, titāna, cirkonija, hafnija un urāna ražošanā. Magnija pulvera maisījumus ar oksidētājiem izmanto pirotehnikā apgaismojuma un aizdedzes kompozīciju pagatavošanai.
Magnija savienojumi.
Magnija dominējošo oksidācijas pakāpi (+2) nosaka tā elektroniskā konfigurācija, jonizācijas enerģija un atomu izmēri. Oksidācijas pakāpe (+3) nav iespējama, jo trešā magnija jonizācijas enerģija ir 7733 kJ mol –1. Šī enerģija ir daudz lielāka, nekā to var kompensēt, veidojot papildu saites, pat ja tās pārsvarā ir kovalentas. Magnija savienojumu nestabilitātes oksidācijas stāvoklī (+1) iemesli nav tik acīmredzami. Šādu savienojumu veidošanās entalpijas novērtējums liecina, ka tiem ir jābūt stabiliem attiecībā uz to sastāvā esošajiem elementiem. Iemesls, kāpēc magnija(I) savienojumi nav stabili, ir daudz augstāka magnija(II) savienojumu veidošanās entalpija, kam vajadzētu izraisīt ātru un pilnīgu disproporciju:
Mg(k) + Cl2 (g) = MgCl2 (k);
D N° arr = –642 kJ/(mol MgCl 2)
2Mg(k) + Cl2(g) = 2MgCl(k);
D N° arr = –250 kJ/(2 mol MgCl)
2MgCl(k) = Mg(k) + MgCl2 (k);
D N° disprop = –392 kJ/(2 mol MgCl)
Ja var atrast sintētisko ceļu, kas apgrūtina disproporciju, šādus savienojumus var iegūt. Ir daži pierādījumi par magnija (I) daļiņu veidošanos elektrolīzes laikā uz magnija elektrodiem. Tādējādi NaCl elektrolīzes laikā uz magnija anoda izdalās ūdeņradis, un anoda zaudētais magnija daudzums atbilst lādiņam +1,3. Tāpat arī Na 2 SO 4 ūdens šķīduma elektrolīzes laikā izdalītā ūdeņraža daudzums atbilst ūdens oksidēšanai ar magnija joniem, kuru lādiņš atbilst +1,4.
Lielākā daļa magnija sāļu labi šķīst ūdenī. Šķīdināšanas procesu pavada neliela hidrolīze. Iegūtajiem šķīdumiem ir vāji skāba vide:
2+ + H 2 O + + H 3 O +
Magnija savienojumus ar daudziem nemetāliem, tostarp oglekli, slāpekli, fosforu un sēru, ūdens neatgriezeniski hidrolizē.
Magnija hidrīds sastāvs MgH 2 ir polimērs ar savienojošiem ūdeņraža atomiem. Magnija koordinācijas skaitlis tajā ir 4. Šī struktūra izraisa savienojuma termiskās stabilitātes krasu samazināšanos. Magnija hidrīdu viegli oksidē atmosfēras skābeklis un ūdens. Šīs reakcijas pavada liela enerģijas izdalīšanās.
Magnija nitrīds Mg3N2. Veido dzeltenīgus kristālus. Magnija nitrīda hidrolīze rada amonjaka hidrātu:
Mg3N2 + 8H2O = 3Mg(OH)2 + 2NH3H2O
Ja magnija nitrīda hidrolīzi veic sārmainā vidē, amonjaka hidrāts neveidojas, bet izdalās amonjaka gāze. Hidrolīze skābā vidē izraisa magnija un amonija katjonu veidošanos:
Mg3N2 + 8H3O+ = 3Mg2+ + 2NH4 + + 8H2O
Magnija oksīds MgO sauc par sadedzinātu magnēziju. To iegūst, apdedzinot magnezītu, dolomītu, bāzisku magnija karbonātu, magnija hidroksīdu, kā arī kalcinējot bišofītu MgCl 2 · 6H 2 O ūdens tvaiku atmosfērā.
Magnija oksīda reaktivitāte ir atkarīga no temperatūras, kurā tas tiek ražots. Magnija oksīdu, kas sagatavots 500–700°C temperatūrā, sauc par vieglo magnēziju. Tas viegli reaģē ar atšķaidītām skābēm un ūdeni, veidojot atbilstošus sāļus vai magnija hidroksīdu, un absorbē oglekļa dioksīdu un mitrumu no gaisa. Magnija oksīdu, kas iegūts 1200–1600 ° C temperatūrā, sauc par smago magnēziju. To raksturo skābes izturība un ūdensizturība.
Magnija oksīds tiek plaši izmantots kā karstumizturīgs materiāls. To raksturo gan augsta siltumvadītspēja, gan labas elektroizolācijas īpašības. Tāpēc šo savienojumu izmanto izolācijas radiatoros vietējai apkurei.
Magnēzija cementa pagatavošanai izmanto vieglākas magnēzija kategorijas un celtniecības materiāli uz tā bāzes, kā arī kā vulkanizējošs līdzeklis gumijas rūpniecībā.
Magnija hidroksīds Mg(OH)2 veido bezkrāsainus kristālus. Šī savienojuma šķīdība ir zema (2,10 –4 mol/l 20°C temperatūrā). To var pārvērst šķīdumā, iedarbojoties ar amonija sāļiem:
Mg(OH) 2 + 2NH 4 Cl = MgCl 2 + 2NH 3 H 2 O
Magnija hidroksīds ir termiski nestabils un karsējot sadalās:
Mg(OH)2 = MgO + H2O
Rūpnieciskā mērogā magnija hidroksīdu iegūst, nogulsnējot ar kaļķi no jūras ūdens un dabīgiem sālījumiem.
Magnija hidroksīds ir maiga bāze, ko ūdens šķīduma veidā (magnēzija piens) plaši izmanto, lai samazinātu kuņģa sulas skābumu. Turklāt, neskatoties uz tā maigumu, Mg(OH) 2 neitralizē skābes 1,37 reizes vairāk nekā nātrija hidroksīds NaOH un 2,85 reizes vairāk nekā nātrija bikarbonāts NaHCO 3.
To izmanto arī magnija oksīda ražošanai, cukura rafinēšanai, ūdens attīrīšanai katlu iekārtās un kā sastāvdaļu zobu pastās.
Magnija karbonāts MgCO 3 veido bezkrāsainus kristālus. Dabā tas sastopams bezūdens formā (magnezīts). Turklāt ir zināmi magnija karbonāta penta-, tri- un monohidrāti.
Magnija karbonāta šķīdība bez oglekļa dioksīda ir aptuveni 0,5 mg/l. Oglekļa dioksīda un ūdens pārpalikuma klātbūtnē magnija karbonāts pārvēršas šķīstošā bikarbonātā, un vārot notiek pretējs process. Karbonāts un bikarbonāts reaģē ar skābēm, izdalot oglekļa dioksīdu un veidojot atbilstošos sāļus. Karsējot magnija karbonāts, nekausējot, sadalās:
MgCO 3 = MgO + CO 2
Šo procesu izmanto magnija oksīda iegūšanai. Turklāt dabīgais magnija karbonāts ir izejmateriāls metāliskā magnija un tā savienojumu ražošanai. To izmanto arī kā mēslojumu un augsnes skābuma samazināšanai.
Irdens magnija karbonāta pulveris tiek izliets starp šķidrā skābekļa uzglabāšanas tvertņu dubultajām sienām. Šī siltumizolācija ir lēta un uzticama.
Magnija sulfāts MgSO 4 ir zināms bezūdens stāvoklī, kā arī dažādu hidrātu veidā. Kizerīts MgSO 4 ·H 2 O, epsomīts MgSO 4 ·7H 2 O un heksahidrāts MgSO 4 ·6H 2 O ir sastopami dabā.
Medicīnā izmanto magnija sulfāta heptahidrātu MgSO 4 · 7H 2 O, ko parasti sauc par Epsom vai rūgto sāli. Šim savienojumam ir caureju veicinoša iedarbība. Intramuskulāras vai intravenozas infūzijas gadījumā magnija sulfāts atvieglo konvulsīvos stāvokļus un mazina asinsvadu spazmas.
Magnija sulfātu tekstilrūpniecībā un papīra rūpniecībā izmanto kā krāsošanas kodinātāju, kā kokvilnas un zīda svēršanas līdzekli un kā papīra pildvielu. Tas kalpo kā izejviela magnija oksīda ražošanai.
Magnija nitrāts Mg(NO 3) 2 ir bezkrāsaini higroskopiski kristāli. Šķīdība ūdenī 20° C temperatūrā ir 73,3 g uz 100 g. Heksahidrāts kristalizējas no ūdens šķīdumiem. Virs 90°C tas dehidratējas līdz monohidrātam. Pēc tam ūdeni atdala ar daļēju hidrolīzi un sadalās līdz magnija oksīdam. Šo procesu izmanto augstas tīrības pakāpes magnija oksīda sintēzē. No magnija nitrāta iegūst citu metālu nitrātus, kā arī dažādus magnija savienojumus. Turklāt magnija nitrāts ir daļa no kompleksajiem mēslošanas līdzekļiem un pirotehniskajiem maisījumiem.
Magnija perhlorāts Mg(ClO 4) 2 veido ļoti higroskopiskus bezkrāsainus kristālus. Tas labi šķīst ūdenī (99,6 g uz 100 g) un organiskajos šķīdinātājos. Heksahidrāts kristalizējas no ūdens šķīdumiem. Koncentrēti magnija perhlorāta šķīdumi organiskajos šķīdinātājos un tā solvātos ar reducējošo vielu molekulām ir sprādzienbīstami.
Zem tiek atbrīvots daļēji hidratēts magnija perhlorāts, kas satur 2–2,5 ūdens molekulas komerciālais nosaukums"anhidrons". Lai iegūtu bezūdens magnija perhlorātu, to žāvē vakuumā 200–300 ° C. To izmanto kā gāzu desikantu. Tas absorbē ne tikai ūdens tvaikus, bet arī amonjaku, spirta tvaikus, acetonu un citas polāras vielas.
Magnija perhlorāts tiek izmantots kā acilēšanas katalizators Frīdela-Kraftsa reakcijā, kā arī kā oksidētājs mikroanalīzē.
Magnija fluorīds MgF 2 nedaudz šķīst ūdenī (0,013 g uz 100 g 25 ° C temperatūrā). Dabā tas sastopams kā minerāls selīts. Magnija fluorīdu iegūst, magnija sulfātu vai oksīdu reaģējot ar fluorūdeņražskābi vai magnija hlorīdu ar kālija vai amonija fluorīdu.
Magnija fluorīds ir daļa no kušņiem, glāzēm, keramikas, emaljām, katalizatoriem, maisījumiem mākslīgās vizlas un azbesta ražošanai. Turklāt tas ir optiskais un lāzera materiāls.
Magnija hlorīds MgCl 2 ir viens no rūpnieciski svarīgākajiem magnija sāļiem. Tā šķīdība ir 54,5 g uz 100 g ūdens 20 ° C temperatūrā. Magnija hlorīda koncentrēti ūdens šķīdumi izšķīdina magnija oksīdu. No iegūtajiem šķīdumiem kristalizējas MgCl 2 mMg(OH) 2 nH 2 O. Šie savienojumi ir daļa no magnēzija cementa.
Magnija hlorīds veido kristāliskus hidrātus ar 1, 2, 4, 6, 8 un 12 ūdens molekulām. Paaugstinoties temperatūrai, kristalizācijas ūdens molekulu skaits samazinās.
Dabā magnija hlorīds ir atrodams minerālvielu bišofīta MgCl 2 ·6H 2 O, magnezīta hlorīda MgCl 2 un karnalīta veidā. Tas ir atrodams jūras ūdenī, sālījumā no sālsezeriem un dažos pazemes sālījumos.
Bezūdens magnija hlorīdu izmanto metāliskā magnija un magnija oksīda ražošanā, bet heksahidrātu magnija cementa ražošanā. Magnija hlorīda ūdens šķīdumu izmanto kā dzesēšanas šķidrumu un antifrīzu. Tas kalpo kā atledošanas līdzeklis uz lidlaukiem, dzelzceļa sliedēm un pārmijām, kā arī pret ogļu un rūdu sasalšanu. Koksne ir piesūcināta ar magnija hlorīda šķīdumu, lai padarītu to ugunsizturīgu.
Magnija bromīds MgBr 2 labi šķīst ūdenī (101,5 g uz 100 g 20 ° C temperatūrā). No ūdens šķīdumiem tas kristalizējas no -42,7 līdz 0,83 ° C dekahidrāta veidā, augstākā temperatūrā - heksahidrāta veidā. Tas veido daudzus kristāla solvātus, piemēram, MgB 2 6ROH (R = Me, Et, Pr), MgBr 2 6Me 2 CO, MgBr 2 3Et 2 O, kā arī amīnus MgBr 2 n NH 3 ( n = 2–6).
Kompleksie magnija savienojumi. IN ūdens šķīdumi magnija jons pastāv ūdens kompleksa 2+ formā. Neūdens šķīdinātājos, piemēram, šķidrā amonjakā, magnija jons veido kompleksus ar šķīdinātāja molekulām. Magnija sāļu solvāti parasti kristalizējas no šādiem šķīdumiem. Ir zināmi vairāki MX 4 2– tipa halogenīdu kompleksi, kur X ir halogenīdu anjons.
No kompleksajiem magnija savienojumiem īpaša nozīme ir hlorofiliem, kas ir modificēti magnija porfirīna kompleksi. Tie ir vitāli svarīgi zaļo augu fotosintēzei.
Organiskie magnija savienojumi. Magnijai ir iegūti daudzi savienojumi, kas satur metāla-oglekļa saites. Īpaši daudz pētījumu ir veltīts Grignard reaģentiem RMgX (X = Cl, Br, I).
Grignarda reaģenti ir vissvarīgākie metālorganiskie magnija savienojumi un, iespējams, visbiežāk izmantotie metālorganiskie reaģenti. Tas ir saistīts ar to ražošanas vieglumu un sintētisko daudzpusību. Ir konstatēts, ka šķīdumā šie savienojumi var saturēt dažādas ķīmiskas daļiņas, kas atrodas kustīgā līdzsvarā.
Grignāra reaģentus parasti sagatavo, lēni pievienojot organisko halogenīdu magnija šķembu suspensijai piemērotā šķīdinātājā, intensīvi maisot un pilnīga prombūtne gaiss un mitrums. Reakcija parasti sākas lēni. To var ierosināt neliels joda kristāls, kas iznīcina aizsargkārtu uz metāla virsmas.
Grignard reaģentus plaši izmanto spirtu, aldehīdu, ketonu sintēzei, karbonskābes, esteri un amīdi un, iespējams, ir vissvarīgākie reaģenti oglekļa-oglekļa saišu radīšanai, kā arī saitēm starp oglekļa atomiem un citiem elementiem (slāpeklis, skābeklis, sērs utt.).
R2Mg savienojumi karsējot parasti sadalās. Kristāliskā stāvoklī tiem ir lineāru polimēru struktūra ar savienojošām alkilgrupām. MgMe 2 savienojums ir negaistošs polimērs, stabils līdz ~250°C, nešķīst ogļūdeņražos un tikai nedaudz šķīst ēterī. Savienojums MgEt 2 un augstāki homologi ir ļoti līdzīgi MgMe 2, bet tie sadalās zemākā temperatūrā (175–200 ° C), veidojot atbilstošu alkēnu un MgH 2 pretējā reakcijā. MgPh 2 ir arī līdzīgs tiem; tas nešķīst benzolā, izšķīst ēterī, veidojot monomēru kompleksu MgPh 2 · 2Et 2 O un sadalās 280 ° C, veidojot Ph 2 un metālisku magniju.
Magnija bioloģiskā loma.
Zaļās augu lapas satur hlorofilus, kas ir magniju saturoši porfirīna kompleksi, kas iesaistīti fotosintēzē.
Magnijs ir arī cieši iesaistīts bioķīmiskos procesos dzīvnieku ķermeņos. Magnija joni ir nepieciešami enzīmu ierosināšanai, kas ir atbildīgi par fosfātu pārveidošanu, nervu impulsu pārnešanu un ogļhidrātu metabolismu. Tie ir iesaistīti arī muskuļu kontrakcijā, ko ierosina kalcija joni.
Pirms vairākiem gadiem ASV Minesotas universitātes zinātnieki atklāja, ka olu čaumalas ir stiprākas, jo vairāk tajās ir magnija.
Pieauguša cilvēka ķermenis, kas sver 65 kg, satur apmēram 20 g magnija (galvenokārt jonu veidā). Lielākā daļa no tā ir koncentrēta kaulos. Intracelulārajā šķidrumā atrodas magnija kompleksi ar ATP un ADP.
Ikdienas nepieciešamība pēc šī elementa ir 0,35 g.Pie vienmuļas diētas, zaļo dārzeņu un augļu trūkuma, kā arī ar alkoholismu bieži rodas magnija deficīts. Aprikozes, persiki un ziedkāposti. Tas ir atrodams arī parastajos kāpostos, kartupeļos un tomātos.
Statistika liecina, ka siltāka klimata reģionu iedzīvotāji asinsvadu spazmas izjūt retāk nekā ziemeļnieki. Tiek uzskatīts, ka iemesls tam ir uztura paradumi aukstajos reģionos. Viņi ēd mazāk augļu un dārzeņu, kas nozīmē, ka viņi saņem mazāk magnija.
Franču biologu pētījumi liecina, ka nogurušu cilvēku asinīs ir mazāk magnija nekā atpūtušos. Tiek uzskatīts, ka ar magniju bagātam uzturam vajadzētu palīdzēt ārstiem cīņā pret tik nopietnu slimību kā pārmērīgs darbs.
Jeļena Savinkina
| Magnijs | |
|---|---|
| Atomu skaits | 12 |
| Izskats vienkārša viela |
viegls, kaļams, sudrabaini balts metāls |
| Atoma īpašības | |
|
Atomu masa (molārā masa) |
24.305 a. e.m. (/mol) |
| Atomu rādiuss | 160 vakarā |
| Jonizācijas enerģija (pirmais elektrons) |
737,3 (7,64) kJ/mol (eV) |
| Elektroniskā konfigurācija | 3s 2 |
| Ķīmiskās īpašības | |
| Kovalentais rādiuss | 136 vakarā |
| Jonu rādiuss | 66 (+2e) pm |
| Elektronegativitāte (pēc Paulinga vārdiem) |
1,31 |
| Elektrodu potenciāls | −2,37 V |
| Oksidācijas stāvokļi | 2 |
| Vienkāršas vielas termodinamiskās īpašības | |
| Blīvums | 1,738 g/cm³ |
| Molārā siltuma jauda | 24,90 J/(K mol) |
| Siltumvadītspēja | 156 W/(m K) |
| Kušanas temperatūra | 922 K |
| Kušanas siltums | 9,20 kJ/mol |
| Vārīšanās temperatūra | 1 363 K |
| Iztvaikošanas siltums | 131,8 kJ/mol |
| Molārais tilpums | 14,0 cm³/mol |
| Vienkāršas vielas kristāla režģis | |
| Režģa struktūra | sešstūrains |
| Režģa parametri | a=3,210 c=5,21 Å |
| c/a attiecība | 1,624 |
| Debye temperatūra | 318 tūkst |
| Mg | 12 |
| 24,305 | |
| 3s 2 | |
| Magnijs | |
Magnijs- otrās grupas galvenās apakšgrupas elements, trešais periods periodiskā tabulaķīmiskie elementi, ar atomskaitli 12. Apzīmē ar simbolu Mg Magnijs. Vienkāršā viela magnijs (CAS numurs: 7439-95-4) ir viegls, kaļams metāls sudrabaini baltā krāsā.
Stāsts
vārda izcelsme
1695. gadā no Epsomas avota minerālūdens Anglija izolēts sāls, kam bija rūgta garša un caureju veicinoša iedarbība. Farmaceiti to sauca par rūgto sāli, kā arī par Epsom vai Epsom sāli. Minerālam epsomītam ir MgSO 4 7H 2 O sastāvs.
Pirmo reizi tīrā veidā to izolēja sers Hamfrijs Deivijs 1808. gadā.
Kvīts
Parastā rūpnieciskā metode magnija metāla ražošanai ir bezūdens magnija hlorīdu MgCl 2 (bišofīta), nātrija NaCl un kālija KCl maisījuma kausējuma elektrolīze. Šajā kausējumā magnija hlorīds tiek elektroķīmiski reducēts:
MgCl 2 (elektrolīze) = Mg + Cl 2.
Izkausētais metāls periodiski tiek izņemts no elektrolīzes vannas, un tam pievieno jaunas magniju saturošu izejvielu porcijas. Tā kā šādā veidā iegūtais magnijs satur salīdzinoši daudz piemaisījumu - aptuveni 0,1%, ja nepieciešams, “neapstrādāts” magnijs tiek pakļauts papildu attīrīšanai. Šim nolūkam tiek izmantota elektrolītiskā attīrīšana, kausēšana vakuumā, izmantojot īpašas piedevas - plūsmas, kas "noņem" piemaisījumus no magnija, vai metāla destilācija (sublimācija) vakuumā. Rafinētā magnija tīrība sasniedz 99,999% un augstāku.
Ir izstrādāta vēl viena metode magnija iegūšanai - termiskā. Šajā gadījumā magnija oksīda reducēšanai augstā temperatūrā izmanto koksu:
vai silīciju. Silīcija izmantošana ļauj iegūt magniju no tādām izejvielām kā dolomīts CaCO 3 ·MgCO 3 bez iepriekšējas magnija un kalcija atdalīšanas. Piedaloties dolomītam, rodas šādas reakcijas:
CaCO 3 MgCO 3 = CaO + MgO + 2CO 2,
2MgO + CaO + Si = Ca 2 SiO 4 + 2Mg.
Termiskās metodes priekšrocība ir tā, ka tā ļauj iegūt augstākas tīrības pakāpes magniju. Magnija iegūšanai izmanto ne tikai minerālu izejvielas, bet arī jūras ūdeni.
Fizikālās īpašības
Magnijs ir ļoti viegls, diezgan trausls metāls, kas gaisā pakāpeniski oksidējas, pārvēršoties baltā magnija oksīdā. α-formas Ca kristāliskais režģis (stabils parastā temperatūrā) ir kubisks ar seju, a = 5,56 Å. Atomu rādiuss 1,97Å, jonu rādiuss Ca2+, 1,04Å. Blīvums 1,74 g/cm³ (20 °C). Virs 464 °C sešstūra β-forma ir stabila. t kušanas = 650 °C, t viršanas = 1105 °C; lineārās izplešanās temperatūras koeficients 22,10-6 (0-300 °C); siltumvadītspēja pie 20 °C 125,6 W/(m.K) vai 0,3 cal/(cm.sec. °C); īpašs karstums(0–100 °C) 623,9 j/(kg.K) vai 0,149 kal/(g.°C); elektriskā pretestība pie 20 °C 4,6,10-8 omi.m vai 4,6,10-6 omi.cm; elektriskās pretestības temperatūras koeficients 4.57.10-3 (20 °C). Elastības modulis 26 Gn/m² (2600 kgf/mm²); stiepes izturība 60 MN/m² (6 kgf/mm²); elastības robeža 4 MN/m² (0,4 kgf/mm²), tecēšanas robeža 38 MN/m² (3,8 kgf/mm²); relatīvais pagarinājums 50%; Brinela cietība 200-300 MN/m² (20-30 kgf/mm²). Pietiekami augstas tīrības pakāpes magnijs ir plastmasa, viegli presējams, velmēts un griežams.
Ķīmiskās īpašības
Pulverveida magnija maisījums ar kālija permanganātu KMnO 4 - sprādzienbīstams! Karsts magnijs reaģē ar ūdeni:
Mg (deklarētais) + H2O = MgO + H2;
Sārmi neietekmē magniju, viegli šķīst skābēs, izdalot ūdeņradi:
Mg + 2HCl = MgCl2 + H2;
Karsējot gaisā, magnijs sadeg, veidojot oksīdu; neliels daudzums nitrīda var veidoties arī ar slāpekli:
2Mg + O 2 = 2MgO;
3Mg + N2 = Mg3N2
Definīcija
Sudrabbalts, vidēji ciets metāls. Vidēji plaši izplatīts dabā. Dedzinot, izdalās liels daudzums gaismas un siltuma.
Pieteikums
Sakausējumi
Uz magnija bāzes izgatavoti sakausējumi ir nozīmīgs konstrukcijas materiāls gaisa kuģu un automobiļu rūpniecībā to viegluma un izturības dēļ. Magnija stieņu cenas 2006. gadā bija vidēji USD 3/kg.
Ķīmiskie strāvas avoti
Magnijs tīra metāla veidā, kā arī tā ķīmiskie savienojumi (bromīds, perhlorāts) tiek izmantoti ļoti jaudīgu rezerves elektrisko akumulatoru ražošanai (piemēram, magnija-perhlorāta, sēra-magnija elementa, svina hlorīda-magnija elementa, sudraba-magnija hlorīda šūna, vara-magnija hlorīda šūnu elements, magnija-vanādija elements utt.) un sausie elementi (mangāna-magnija elements, bismuta-magnija elements, magnija-m-DNB elements utt.). Magnija bāzes HIT ir ļoti dažādi augstas vērtības specifisks enerģijas īpašības un augsts izlādes spriegums. Pēdējos gados daudzās valstīs ir kļuvusi aktuālāka problēma izstrādāt akumulatoru ar ilgu kalpošanas laiku, jo teorētiskie dati liecina par ļoti lielām izredzēm tā plašai izmantošanai (augsta enerģija, videi draudzīgums, izejvielu pieejamība).
Savienojumi
Magnija hidrīds ir viens no ietilpīgākajiem ūdeņraža akumulatoriem, ko izmanto ūdeņraža uzglabāšanai.
Ugunsdroši materiāli
Magnija oksīdu MgO izmanto kā ugunsizturīgu materiālu metalurģijas krāšņu tīģeļu un īpašu oderējumu ražošanai.
Magnija perhlorātu, Mg(ClO 4) 2 - (anhidronu) izmanto gāzu dziļai žāvēšanai laboratorijās un kā elektrolītu ķīmiskiem strāvas avotiem, kas ietver magniju.
Magnija fluorīds MgF 2 - sintētisko monokristālu veidā tiek izmantots optikā (lēcas, prizmas).
Magnija bromīds MgBr 2 - kā elektrolīts ķīmiskiem rezerves strāvas avotiem.
Medicīna
Medicīnā izmanto magnija oksīdu un sāļus (asparkāms, magnija sulfāts, magnija citrāts, bišofīta minerāls). Bishofitoterapijā dabiskā magnija bioloģisko iedarbību izmanto dažādu slimību ārstēšanā un rehabilitācijā, galvenokārt muskuļu un skeleta sistēmas, nervu un sirds un asinsvadu sistēmas.
Fotoattēls
Magnija pulveris ar oksidējošām piedevām (bārija nitrāts, amonija nitrāts, kālija permanganāts, nātrija hipohlorīts, kālija hlorāts u.c.) tika izmantots (un tagad retos gadījumos tiek izmantots) fotogrāfijās ķīmiskās zibspuldzēs (magnija zibspuldze).
Bioloģiskā loma un toksikoloģija
Magnijs ir viens no svarīgākajiem biogēnajiem elementiem, ievērojamā daudzumā tas ir atrodams dzīvnieku un augu audos. Magnijs ir daudzu enzīmu reakciju kofaktors. Magnijs ir nepieciešams kreatīna fosfāta pārvēršanai par ATP, nukleotīdu, kas ir universāls enerģijas piegādātājs dzīvās ķermeņa šūnās. Tāpēc magnijs ir elements, kas kontrolē ķermeņa enerģiju. Magnijs ir nepieciešams visos olbaltumvielu sintēzes posmos. Konstatēts arī, ka 80-90% mūsdienu cilvēki cieš no magnija deficīta. Tas var izpausties dažādos veidos: bezmiegs, hronisks nogurums, osteoporoze, artrīts, fibromialģija, migrēna, muskuļu krampji un spazmas, sirds aritmija, aizcietējums, premenstruālais sindroms (PMS) un citi simptomi un slimības. Un ar biežu caurejas līdzekļu lietošanu, alkoholu, galveno garīgo un fiziskā aktivitāte palielinās nepieciešamība pēc magnija.
Uz ēdienu bagāts ar magniju, ietver: sezamu, klijas, riekstus. Maizē, piena produktos, gaļā un citos ikdienas pārtikas produktos ir ļoti maz magnija. mūsdienu cilvēks. Lai iegūtu ikdienas nepieciešamību pēc magnija, apmēram 300 mg sievietēm un 400 mg vīriešiem, jāizdzer 2-3 litri piena vai jāapēd 1,5-2 kg gaļas.
Saskaņā ar jaunāko pētījumu rezultātiem ir noskaidrots, ka magnija citrāts ir visvairāk uzsūcas magniju saturošs produkts.
Ir noskaidrots, ka kalcija uzsūkšanai organismam nepieciešams magnijs. Viens no bioloģiski piemērotākajiem magnija avotiem transkutānai (perkutānai) absorbcijai ir minerāls bišofīts, ko plaši izmanto medicīniskās rehabilitācijas, fizioterapijas un spa ārstniecības nolūkos.
Magnijs, magnijs, Mg (12)
Magnēzijas nosaukums ir atrodams jau Leidenes papirusā X (trešais gadsimts). Tas, iespējams, cēlies no pilsētas nosaukuma Tesālijas kalnu reģionā - Magnēzija. Magnija akmens senatnē tika saukts par magnētisko dzelzs oksīdu, un magnēts bija magnēts. Šie nosaukumi pārgāja latīņu un citās valodās.
Magnētiskā dzelzs oksīda ārējā līdzība ar pirolīzi (mangāna dioksīds) noveda pie tā, ka tumši un tumši brūnas krāsas minerālus un rūdas, vēlāk arī citus minerālus sāka saukt par magnēzija akmeni, magnētu un magne. Alķīmiskajā literatūrā vārds Magnes apzīmēja daudzas vielas, piemēram, dzīvsudrabu, Etiopijas akmeni, Hēraklija akmeni. Arī magniju saturoši minerāli ir zināmi kopš seniem laikiem (dolomīts, talks, azbests, nefrīts u.c.) un jau tika plaši izmantoti. Taču tās netika uzskatītas par atsevišķām vielām, bet gan par citu, vairāk pazīstamu minerālu, visbiežāk kaļķu, modifikācijām.
To, ka magniju saturošajos minerālos un sāļos ir īpaša metāliska bāze, palīdzēja 1618. gadā atklātā Anglijas Epsomas avota minerālūdens pētījumi. Cieto sāli no rūgtā Epsomas ūdens 1695. gadā izdalīja Grū, norādot ka pēc savas būtības Šis sāls manāmi atšķiras no visiem pārējiem sāļiem. 18. gadsimtā Daudzi ievērojami analītiskie ķīmiķi pētīja Epsomas sāli – Bergmanu, Neimani, Bleku un citus.Kad kontinentālajā Eiropā tika atklāti Epsomam līdzīgi ūdens avoti, šie pētījumi paplašinājās vēl vairāk. Acīmredzot Noimans bija pirmais, kas ierosināja saukt Epsom sāli (magnija karbonātu) par balto magnēziju atšķirībā no melnā magnēzija (pirolūzīta). Baltā magnēzija (Magnesia alba) zeme, ko sauc par magnēziju, ir iekļauta Lavuazjē vienkāršo ķermeņu sarakstā, un Lavuazjē uzskata “Epsomas sāls bāzi” (base de sel d”Epsom) par šīs zemes sinonīmu.
19. gadsimta sākuma krievu literatūrā. magnēziju dažreiz sauca par rūgto zemi. 1808. gadā Deivijs, pakļaujot balto magnēziju elektrolīzei, ieguva nedaudz netīra metāliska magnija; Šo metālu tīrā veidā ieguva Bussy 1829. gadā. Sākumā Dāvijs ierosināja jauno metālu saukt par magniju (Magnium) atšķirībā no magnēzija, kas tajā laikā apzīmēja pirolusīta (magnija) metāla bāzi. Tomēr, kad tika mainīts melnā magnēzija nosaukums, Deivis deva priekšroku saukt metālu par magniju. Interesanti, ka sākotnējais nosaukums magnijs izdzīvoja tikai krievu valodā, pateicoties Hesa mācību grāmatai. IN XIX sākums V. Tika ierosināti arī citi nosaukumi - magnijs (Strakhov), magnijs, rūgta zeme (Ščeglovs).
Cilvēka organismā vidēji ir aptuveni 25 g magnija, galvenokārt kaulos un skeleta muskuļos. Magnija izvadīšana no organisma palielinās stresa, noteiktu veselības traucējumu un veidu apstākļos narkotiku ārstēšana, kā arī lielas fiziskās slodzes laikā. Rafinētiem ēdieniem bagāta ēdienkarte ne vienmēr nodrošina cilvēku ar nepieciešamo magnija daudzumu. Trūkumu ir viegli kompensēt ar uztura bagātinātājiem. Magnijs ir pieejams savienojumu veidā – oksīds, sulfāts, aspartāts, karbonāts, citrāts, glikonāts.
Noderīgas īpašības magnijs ķermenim
Nepieciešams sadedzināšanai šūnās organisko vielu ar enerģijas atbrīvošanu, par nervu vadīšana, muskuļu atslābināšana, kaulu un zobu veidošanās. Kombinācijā ar kalciju un kāliju tas kontrolē sirdsdarbības ātrumu un ir iesaistīts insulīna veidošanā.
Profilakse
Jaunākie pētījumi liecina par magnija hipotensīvo (pazeminošo asinsspiedienu) un antikoagulantu (pret trombozi) iedarbību, kas kopā ar elementa spēju novērst artēriju spazmas un bīstamas sirds aritmijas ir īpaši noderīga tiem, kas atveseļojas pēc miokarda infarkta.
Tā pietiekama uzņemšana organismā ir svarīga no insulīnneatkarīgā diabēta profilaksei. Amerikāņu pētnieki 6 gadus novēroja magnija līmeni vairāk nekā 12 tūkstošiem cilvēku, kuriem bija nosliece uz diabētu. Kā izrādījās, ja viņiem nav pietiekami daudz šī elementa, pati slimība attīstās par 94% biežāk nekā tad, ja to ir daudz.
Galvenās magnija priekšrocības
Notiek ielāde...